Question

9．金屬材料的電阻率通常隨溫度的升高而增大，半導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度的升高而減少．某同學(xué)需要研究某種導(dǎo)電材料的導(dǎo)電規(guī)律，他用該種導(dǎo)電材料制作成電阻較小的線狀元件Z，并測(cè)量元件Z中的電流隨兩端電壓從零逐漸增大過程中的變化規(guī)律．
（1）他應(yīng)選用圖1所示的A電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

（2）實(shí)驗(yàn)測(cè)得元件Z的電壓與電流的關(guān)系如表所示．根據(jù)表中數(shù)據(jù)，判斷元件Z是半導(dǎo)體材料 （填“金屬材料”或“半導(dǎo)體材料”）．

U/V[	0	0.40	0.60	0.80	1.00	1.20	1.50	1.60
I/A	0	0.20	0.45	0.80	1.25	1.80	2.81	3.20

（3）用螺旋測(cè)微器測(cè)量線狀元件Z的直徑如圖3所示，則元件Z的直徑是1.990mm．
（4）把元件Z接入如圖2所示的電路中，當(dāng)電阻R的阻值為R₁=2Ω時(shí)，電流表的讀數(shù)為1.25A；當(dāng)電阻R的阻值為R₂=3.6Ω時(shí)，電流表的讀數(shù)為0.80A，不計(jì)電流表的內(nèi)阻．結(jié)合如表數(shù)據(jù)，求出電池的電動(dòng)勢(shì)為4.0V，內(nèi)阻為0.4Ω．

Answer 1

分析 （1）伏安法測(cè)電阻，電壓從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法；待測(cè)電阻阻值很小，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于待測(cè)電阻阻值，電流表應(yīng)采用外接法，分析圖示電路，選出實(shí)驗(yàn)所需電路．
（2）元件兩端電壓越大，通過元件的電流越大，由P=UI可知元件實(shí)際功率越大，元件溫度越高；根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，應(yīng)用歐姆定律判斷隨電壓增大，溫度越高時(shí)元件電阻如何變化，然后判斷元件的種類．
（3）螺旋測(cè)微器固定刻度與可動(dòng)刻度示數(shù)之和是螺旋測(cè)微器的示數(shù)，由圖示螺旋測(cè)微器可以讀出元件的直徑．
（4）由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)找出個(gè)電流所對(duì)應(yīng)的電壓值，然后根據(jù)閉合電路歐姆定律列方程，然后求出電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻．

解答 解：（1）電壓從零開始變化，滑動(dòng)變阻器應(yīng)采用分壓接法；待測(cè)電阻阻值很小，電壓表內(nèi)阻遠(yuǎn)大于待測(cè)電阻阻值，電流表應(yīng)采用外接法，由圖1所示電路圖可知，實(shí)驗(yàn)應(yīng)采用A所示電路．
（2）由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，隨元件電壓增大，通過元件的電流增大，元件的實(shí)際功率增大，元件溫度升高；由歐姆定律可知，隨元件兩端電壓增大，元件電阻減小，因此元件是半導(dǎo)體材料．
（3）由圖2所示螺旋測(cè)微器可知，固定刻度示數(shù)為1.5mm，可動(dòng)刻度示數(shù)為49.0×0.01mm=0.490mm，元件的直徑為1.5mm+0.490mm=1.990mm（1.989～1.991均正確）．
（4）由圖3可知，元件Z與電阻R串聯(lián)，電流表測(cè)電路電流，由表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，電流為1.25A時(shí)，元件兩端電壓為1.00V，電流為0.80A時(shí)，元件兩端電壓為0.80V，由閉合電路歐姆定律可得：E=I（R+r）+U_V，
E=1.25×（2+r）+1.00，E=0.80×（3.6+r）+0.80，解得，電源電動(dòng)勢(shì)E=4.0V，內(nèi)阻r=0.4Ω．
故答案為：（1）A；（2）半導(dǎo)體材料；（3）1.990；（4）4.0；0.4．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了實(shí)驗(yàn)電路的選擇、元件性質(zhì)的判斷、螺旋測(cè)微器讀數(shù)、求電源電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻等問題；螺旋測(cè)微器固定刻度與可動(dòng)刻度示數(shù)之和是其讀數(shù)，螺旋測(cè)微器需要估讀．